(57)【要約】【課題】自動で被測定流体を判別し、被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を補正し、計測精度を向上させる。【解決手段】超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子２、７と、超音波振動子２、７間の超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部５と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子２、７間を満たす被測定流体の流量を求める制御部４と、被測定流体の温度を測定する温度センサ１１と、被測定流体の圧力を測定する圧力センサ１２と、超音波振動子２または７で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部１３と、判別した気体の種類から流量測定値を気体のレイノルズ数等を基に補正する流量補正部１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の温度を測定する温度センサと、被測定流体の圧力を測定する圧力センサと、前記伝搬時間と受信側の超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部と、判別した気体の種類から流量測定値を気体のレイノルズ数等を基に補正する流量補正部とを備えた超音波流量計。
【請求項２】
超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の温度を測定する温度センサと、被測定流体の圧力を測定する圧力センサと、受信側の前記超音波振動子で受信する受信波電圧を常に同じ振幅になるように増幅率を調整する増幅率調整部と、前記伝搬時間と前記受信波電圧の増幅率と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部と、判別した気体の種類から流量測定値を気体のレイノルズ数等を基に補正する流量補正部とを備えた超音波流量計。
【請求項３】
超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の種類を設定する種類設定手段と、前記伝搬時間と受信側の前記超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の種類から被測定流体の温度を計算する温度算出部とを備えた超音波流量計。
【請求項４】
伝搬時間と受信側の超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の種類から被測定流体の圧力を計算する圧力算出部とを備えた請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
被測定流体の種類及び流量、温度、圧力の内少なくとも１つを表示するための表示部を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
表示部は、被測定流体の流れ方向及び流量の大きさを矢印の向きと大きさで表示することを特徴とする請求項５記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計は、図５に示すようなものが一般的であった。この装置は被測定流体の流れる測定流路１の上流側と下流側に設置した送受信可能な一対の超音波振動子２、７と、超音波振動子２、７を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、伝搬時間測定部５から測定データを受け取る演算部６と、受信側の超音波振動子２、７の出力を増幅するアンプ８と、アンプ８の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路９と超音波の送受信を切り換える切り替えスイッチ１０を有していた。
【０００３】
そして、上記超音波流量計は、制御部４からスタート信号を受けた駆動回路３が上流側の超音波振動子７を一定時間パルス駆動を行うと同時に伝搬時間測定部５は制御部４からの信号によって時間を計測し始める。パルス駆動された超音波振動子７からは超音波が送信される。超音波振動子７から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し超音波振動子２で受信される。超音波振動子２の受信出力は、アンプ８において制御部４が設定した増幅率によって増幅される。そしてアンプ８の出力を受けた受信検知回路９で超音波の受信を判定し伝搬時間測定部５を停止させる。このようにして流れ方向の超音波の伝搬時間ｔ１を求める。同様の動作を切り替えスイッチで超音波の送受信を入れ替えた状態でも行い、流れと逆方向の超音波の伝搬時間ｔ２も求める。そして演算部６では伝搬時間測定部５から得た時間情報ｔ１、ｔ２から（式１）によって流速を求める（但し、上流から下流への伝搬時間をｔ１、下流から上流の伝搬時間をｔ２、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００４】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・（式１）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流速を測定することが出来るので、流速、流量、距離などの測定に広く利用されている。
【特許文献１】特開２００１−１８３１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の超音波流量計では被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響によって、被測定流体ごとに測定流量値が異なるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被測定流体を判別し、流量測定値を気体ごとに自動で補正し、計測精度を向上させた超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の温度を測定する温度センサと、被測定流体の圧力を測定する圧力センサと、前記伝搬時間と受信側の超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部と、判別した気体の種類から流量測定値を補正する流量補正部とを備えたものである。
【０００８】
これによって、被測定流体が変化しても被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を受けることなく、常に正確な流量測定が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波流量計は、被測定流体が変化しても被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を受けることなく、常に正確な流量測定が可能となるため、被測定流体ごとに流量計を交換する必要が無いうえに、気体の種類を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の温度を測定する温度センサと、被測定流体の圧力を測定する圧力センサと、前記伝搬時間と受信側の超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部と、判別した気体の種類から流量測定値を気体のレイノルズ数等を基に補正する流量補正部とを備えることにより、被測定流体が変化しても被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を受けることなく、常に正確な流量測定が可能となる。
【００１１】
第２の発明は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の温度を測定する温度センサと、被測定流体の圧力を測定する圧力センサと、受信側の前記超音波振動子で受信する受信波電圧を常に同じ振幅になるように増幅率を調整する増幅率調整部と、前記伝搬時間と前記受信波電圧の増幅率と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部と、判別した気体の種類から流量測定値を気体のレイノルズ数等を基に補正する流量補正部とを備えることにより、より正確に被測定流体の種類を判別できる。
【００１２】
第３の発明は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部と、被測定流体の種類を設定する種類設定手段と、前記伝搬時間と受信側の前記超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の種類から被測定流体の温度を計算する温度算出部とを備えることにより、被測定流体の種類が判明している場合は、流量値と温度を同時に測定することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に第３の発明において、伝搬時間と受信側の超音波振動子で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の種類から被測定流体の圧力を計算する圧力算出部とを備えることにより、被測定流体の種類が判明している場合は、流量値と圧力を同時に測定することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、被測定流体の種類及び流量、温度、圧力の内少なくとも１つを表示するための表示部を備えたもので、被測定流体の種類、流量、温度、圧力を視認することが出来る。
【００１５】
第６の発明は、特に、第５の発明の表示部として、被測定流体の流れ方向及び流量の大きさを矢印の向きと大きさで表現するもので視覚的に被測定流体の状態を判り易くできる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。
【００１８】
図１のように、本発明の超音波流量計は超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子２、７と、一方の前記超音波振動子２、７から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子２、７が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部５と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子２、７間を満たす被測定流体の流量を求める制御部４と、被測定流体の温度を測定する温度センサ１１と、被測定流体の圧力を測定する圧力センサ１２と、前記伝搬時間と受信側の超音波振動子２、７で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の温度と圧力の相関から被測定流体の種類を判別する被測定流体判別部１３と、判別した気体の種類から流量測定値を気体のレイノルズ数等を基に補正する流量補正部１４と、被測定流体の種類と測定時の流量を表示する表示部１５を備えている。
【００１９】
以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。
【００２０】
まず基本的な動作としては、背景技術で説明したように、被測定流体の流れ方向と流れと逆方向の超音波の伝搬時間を測定する。従来の超音波流量計の動作に加えて、本発明の第１の実施の形態では、伝搬時間測定時に、温度センサ１１と圧力センサ１２で被測定流体の温度と圧力を測定し、振幅測定部１６で超音波電圧の受信波の振幅を測定する。そして、被測定流体判別部１３で、測定した超音波の伝搬時間と温度と圧力と前記受信波電圧の振幅より、あらかじめ設定されている気体の種類ごとの前記伝搬時間と温度と圧力と受信波の振幅の相関表を基に、現在測定している気体の種類を判別する。つぎに流量補正部１４で被測定流体判別部１３で判別した気体のレイノルズ数等を基に演算部６で算出した流量測定値を補正する。
【００２１】
以上のように、本実施の形態においては温度センサ１１と圧力センサ１２と被測定流体判別部１３と流量補正部１４を備えることにより、被測定流体が変化しても被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を受けることなく、常に正確な流量測定が可能となる。
【００２２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。
図２に示すように、第１の実施の形態と異なるのは、被測定流体判別部１３において、超音波の受信波電圧の振幅の代わりにアンプ８の増幅率を利用している点である。
【００２３】
そして、受信検知回路９での精度向上のためにアンプ８の増幅率を増幅後の受信波形の振幅が同じになるように増幅率調整部１７で調整しているような超音波流量計においても第１の実施の形態と同じように、温度センサ１１と圧力センサ１２と被測定流体判別部１３と流量補正部１４を備えることにより、被測定流体が変化しても被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を受けることなく、常に正確な流量測定が可能となる。
【００２４】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。
【００２５】
図３に示すように、超音波流量計は超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子２、７と、一方の前記超音波振動子２、７から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子２、７が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部５と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす被測定流体の流量を求める制御部４と、被測定流体の種類を設定するための種類設定手段４ａと、伝搬時間と受信側の超音波振動子２、７で受信する受信波電圧の振幅と被測定流体の種類から被測定流体の温度を計算する温度算出部１８と、被測定流体の種類と測定時の流量及び温度を表示する表示部１５を備えている。
【００２６】
以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。
【００２７】
まず基本的な動作としては、背景技術で説明したように、被測定流体の流れ方向と流れと逆方向の超音波の伝搬時間を測定する。従来の超音波流量計の動作に加えて、伝搬時間測定時に、圧力センサ１２で被測定流体の圧力を測定し、振幅測定部１６で超音波の受信波電圧の振幅を測定する。そして、温度算出部１８で、測定した超音波の伝搬時間と前記受信波電圧の振幅より、あらかじめ設定されている気体の種類ごとの前記伝搬時間と温度と受信波電圧の振幅の相関表を基に、現在測定している気体の温度を算出する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては温度算出部１８を備えることにより、被測定流体が判明している場合、温度センサを設けなくても被測定流体の流量と温度を測定することができる。
【００２９】
（実施の形態４）
図４は、本発明の第４の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。
【００３０】
図４に示すように、超音波流量計は第３の実施の形態に加えて、被測定流体の種類を設定することによって前記伝搬時間と受信側の超音波振動子２、７で受信する受信波電圧の振幅から被測定流体の圧力を計算する圧力算出部１９と、被測定流体の種類と測定時の流量及び温度と圧力を表示する表示部を備えている。
【００３１】
以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
まず基本的な動作としては、背景技術で説明したように、被測定流体の流れ方向と流れと逆方向の超音波の伝搬時間を測定する。従来の超音波流量計の動作に加えて、伝搬時間測定時に、振幅測定部１６で超音波の受信波電圧の振幅を測定する。そして、圧力算出部１９で、測定した超音波の伝搬時間と前記受信波電圧の振幅と温度より、あらかじめ設定されている気体の種類ごとの前記伝搬時間と温度と受信波電圧の振幅の相関表を基に、現在測定している気体の圧力を算出する。
【００３３】
以上のように、本実施の形態においては圧力算出部１９を備えることにより、被測定流体が判明している場合、圧力センサを設けなくても被測定流体の流量と温度と圧力を測定することができる。
【００３４】
また、表示部１５として液晶表示素子を用いて、被測定流体の流れの方向を矢印の向きで表現し、流量の大きさを矢印の大きさで表現するように構成すると、流量の大きさ及び向きの視認性が向上し、気体の種類、温度、圧力を同じ液晶表示部に表示することによって、気体の状態が容易に把握できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、被測定流体が変化しても被測定流体の音の伝搬速度やレイノズル数の影響を受けることなく、常に正確な流量測定が可能となるため、被測定流体ごとに流量計を交換する必要が無いうえに、気体の種類を確認することができるため、複数の種類の気体を測定する必要のある設備や、ガスメーター等の用途にも適用できる。また、気体の流量、温度、圧力の測定が必要な設備等に一つの流量計で対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成図
【図２】本発明の実施の形態２における超音波流量計の構成図
【図３】本発明の実施の形態３における超音波流量計の構成図
【図４】本発明の実施の形態４における超音波流量計の構成図
【図５】従来の超音波流量計の構成図
【符号の説明】
【００３７】
１  測定流路
２、７  超音波振動子
４  制御部
４ａ  種類設定手段
５  伝搬時間測定部
９  受信検知回路
１１  温度センサ
１２  圧力センサ
１３  被測定流体判別部
１４  流量補正部
１５  表示部
１７  増幅率調整部
１８  温度算出部
１９  圧力算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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